矯形輔具治療膝骨關(guān)節(jié)炎的研究進(jìn)展

張旻，龐堅(jiān)，陳博，李莉，鄭昱新，詹紅生

作為膝骨關(guān)節(jié)炎(Knee Osteoarthrtis, KOA)發(fā)病的主要因素之一，膝關(guān)節(jié)力學(xué)環(huán)境的變化目前正受到越來(lái)越多研究人員及臨床醫(yī)師的關(guān)注[1]。已有大量研究表明[2-8]，KOA患者可通過(guò)佩戴矯正輔具改善其在步行過(guò)程中的關(guān)節(jié)受力狀況，從而改善受累關(guān)節(jié)力學(xué)環(huán)境，并藉此緩解臨床癥狀，提高生活質(zhì)量。近年來(lái)眾多學(xué)者在先前的研究基礎(chǔ)上不斷對(duì)已有的矯形輔具進(jìn)行改進(jìn)并將其運(yùn)用于KOA的臨床治療并取得了較好的臨床療效[2-8]，因此，該療法已成為KOA治療的有效手段之一。本文就矯形輔具治療KOA的臨床研究現(xiàn)狀進(jìn)展等綜述如下。

1 不同的矯形輔具作用機(jī)理及其臨床效果

1.1 楔形角矯形鞋墊

1.1.1楔形角矯形鞋墊的作用機(jī)理 迄今為止已有諸多研究報(bào)道通過(guò)佩戴不同的矯形輔具來(lái)降低KOA患者在步行過(guò)程中的力學(xué)信號(hào)。其中，尤以外側(cè)楔形角矯形鞋墊(Lateral Wedges Insole, LWI)的相關(guān)研究最為多見(jiàn)[9-12]。有研究者發(fā)現(xiàn)KOA患者佩戴LWI后COP由內(nèi)向外側(cè)發(fā)生偏移[13]，外偏的COP使地面反作用力與膝關(guān)節(jié)中心的垂直距離縮小，進(jìn)而糾正患者在步行過(guò)程中膝關(guān)節(jié)的軸向?qū)€(xiàn)，并藉此降低患者在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中膝關(guān)節(jié)所承受的載荷，改善患者臨床癥狀。

1.1.2楔形角度的設(shè)定 有研究者發(fā)現(xiàn)[9]，膝關(guān)節(jié)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中所承受的應(yīng)力大小與LWI楔形角的大小成反比，然而，當(dāng)楔形角超過(guò)6°,膝關(guān)節(jié)所承受的壓力并不能進(jìn)一步降低，且有部分患者在穿戴更大楔形角度的鞋墊后踝關(guān)節(jié)受力顯著增高，并在使用過(guò)程中有不同程度的不適感，甚至有部分患者因?yàn)闊o(wú)法忍受踝關(guān)節(jié)的不適感而最終放棄該治療方案。據(jù)此，楔形角設(shè)定以不超過(guò)6°為宜。

1.1.3材料工藝對(duì)矯形鞋墊的影響 除了角度大小的變化外，LWI制作過(guò)程中材質(zhì)的運(yùn)用以及外型的塑造還具有一定的爭(zhēng)議。Toda等[10]的研究發(fā)現(xiàn)，采用彈性模量相對(duì)較低的材質(zhì)制作的LWI舒適度更加。然而，較低彈性模量的材質(zhì)經(jīng)長(zhǎng)期使用極易產(chǎn)生形變，從而導(dǎo)致治療效果降低。而較高的彈性模量材質(zhì)雖然不易發(fā)生形變，但患者使用體驗(yàn)相對(duì)較差。因此，有研究者利用鞋墊內(nèi)外側(cè)材料變形系數(shù)的差異來(lái)解決這一問(wèn)題[8]，即鞋墊外側(cè)緣采用較硬材質(zhì)維持其矯形效果，而鞋墊內(nèi)側(cè)采用相對(duì)較軟材質(zhì)增加其使用體驗(yàn)，然而此類(lèi)鞋墊缺乏高質(zhì)量長(zhǎng)時(shí)間隨訪(fǎng)研究，因此，其臨床療效還有待進(jìn)一步的證實(shí)。

1.1.4矯形鞋墊外形的變化 相較于僅對(duì)后足進(jìn)行矯形的傳統(tǒng)型LWI，全足長(zhǎng)LWI可降低佩戴者在支撐相后期，即足跟離地但足尖仍與地面接觸這一時(shí)段所承受的壓力。研究者對(duì)LWI的中部進(jìn)行改進(jìn)后發(fā)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)LWI[11]，增加足弓支撐除了能夠使患者能夠獲得更好的舒適性外，還能增加患者行走時(shí)候的下肢前進(jìn)角度(Foot Progression，F(xiàn)P)，先前已有研究證實(shí)FP的增加與人體在步行過(guò)程中膝關(guān)節(jié)所承受的應(yīng)力成反比關(guān)系，因而，這一設(shè)計(jì)不但能夠進(jìn)一步幫助降低關(guān)節(jié)受力還能給患者帶來(lái)更好的體驗(yàn)。由于LWI是通過(guò)對(duì)足踝的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到對(duì)膝關(guān)節(jié)受力情況的改善，人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中LWI與足部的耦合度顯得尤為關(guān)鍵，有部分患者因?yàn)榕宕鞑划?dāng)?shù)仍蛟斐墒褂眠^(guò)程中LWI與足部耦合度降低，進(jìn)而影響治療效果。因此，通過(guò)增加LWI對(duì)足跟部分的包裹或有助于解決該問(wèn)題。

1.2 膝關(guān)節(jié)減壓矯形器

1.2.1膝關(guān)節(jié)減壓矯形器的作用機(jī)理 膝關(guān)節(jié)減壓矯形器(Knee Unloading Bracing, KUB)通過(guò)三點(diǎn)力學(xué)受力原理矯正受累關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的異常運(yùn)動(dòng)模式，降低膝關(guān)節(jié)在步行過(guò)程中的異常力學(xué)信號(hào)，進(jìn)而改善關(guān)節(jié)力學(xué)環(huán)境。第一力經(jīng)由固定在關(guān)節(jié)周?chē)膹椥钥噹Мa(chǎn)生，進(jìn)而配合雙側(cè)鉸鏈產(chǎn)生的第二及第三力糾正膝關(guān)節(jié)的軸向?qū)€(xiàn)，從而降低EKAM，減小膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室在步行過(guò)程中所承受的載荷，減輕患者疼痛癥狀[14]。

1.2.2膝關(guān)節(jié)減壓矯形器的臨床效果 先前已有多篇研究報(bào)道通過(guò)佩帶KUB糾正KOA患者膝關(guān)節(jié)在步行過(guò)程中的軸向?qū)€(xiàn)進(jìn)而減輕疼痛并增加膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性[3,4,2-19]，Lamberg等[19]研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期佩戴KUB后，KOA患者EKAM的第二波峰值以及膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角沖量(Knee Adduction Moment Impluse, KAAI)分別降低26%及34%。Arazpour[20]的研究也證實(shí)， KOA患者在佩戴KUB后步行能力及膝關(guān)節(jié)的異常受力模式均有顯著的改善。此外，Draper[17]還發(fā)現(xiàn)KOA患者長(zhǎng)期佩戴KUB后步行時(shí)的時(shí)間空間參數(shù)以及HSS評(píng)分也均有顯著提高。然而，該治療方式價(jià)格昂貴且患者佩戴后美觀度較差，因而有部分患者不愿意采用該治療方案。

1.3 力學(xué)矯形鞋

1.3.1矯形鞋的作用機(jī)理 近年來(lái)已有越來(lái)越多的研究報(bào)道矯形鞋在治療KOA中的作用[21-23]。目前力學(xué)矯正鞋主要分為外置式矯形與內(nèi)置式矯形兩種，前者通過(guò)半球形滾軸改變患者在步行過(guò)程中足部與地面的接觸點(diǎn)，使地面反作用力冠狀面分力降低，且垂直方向分力向膝關(guān)節(jié)的中心發(fā)生偏移[24],從而分解患者膝關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力緩解疼痛。而后者將矯形鞋墊直接與鞋具結(jié)合，其作用機(jī)理與矯形鞋墊大致相同。

1.3.2力學(xué)矯形鞋的臨床效果 目前各類(lèi)指南中都明確推薦力學(xué)矯形鞋作為KOA的保守療法[25-26]，而英國(guó)國(guó)家臨床規(guī)范研究院(National Institute of Clinical Excellence, NICE)推薦的指南中明確力學(xué)矯形鞋可作為KOA的保守治療方法之一。Elbaz等[7]對(duì)58名單側(cè)KOA患者跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，佩戴Apos矯形鞋治療6個(gè)月后患者的步頻，步長(zhǎng)及單側(cè)支撐相百分比分別上升15.9%，10.3%及2.7%,SF-36量表各項(xiàng)指數(shù)均有明顯改善。Jones等[8]的報(bào)道也證實(shí)早期KOA患者在使用APOS矯形鞋后EKAM顯著降低，患者步行功能及WOMAC評(píng)分得到提升。相較于APOS外置式矯形鞋，內(nèi)置式矯形鞋雖然作用機(jī)理有所差異，但穿戴后也能有效的降低KOA患者的關(guān)節(jié)應(yīng)力，并藉此改善患者的步行能力。

2 現(xiàn)有輔具治療所存在的問(wèn)題

相較于傳統(tǒng)的保守治療方案[27-30]，矯形輔具可以糾正患者在步行過(guò)程中的受力異常，因此，該療法已受到越來(lái)越多的重視。然而，該療法在實(shí)施過(guò)程中依然面諸多問(wèn)題。LWI雖然價(jià)格低廉且易于佩戴，但是有學(xué)者認(rèn)為整個(gè)下肢在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是一個(gè)有機(jī)的整體，因而LWI增加了踝關(guān)節(jié)的外翻角度后可能會(huì)給鄰近關(guān)節(jié)帶來(lái)額外壓力因此并不適合長(zhǎng)期佩戴[10,12,31]。雖然，Tezcan等[32]隨訪(fǎng)研究表明，相較于無(wú)楔形角的中性鞋墊，長(zhǎng)期佩戴LWI并不會(huì)對(duì)髖關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)間隙造成額外的影響，然而，此類(lèi)研究依舊較少，其相關(guān)結(jié)論還有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。采用較低彈性模量材質(zhì)制作矯形鞋墊雖然能夠給患者帶來(lái)相對(duì)舒適的使用體驗(yàn)，但由于材料缺乏足夠的硬度因而容易產(chǎn)生形變無(wú)法長(zhǎng)期使用，因此，未來(lái)在新型鞋墊的無(wú)論外型或材質(zhì)等都還需要進(jìn)一步改善以避免此類(lèi)情況發(fā)生。KUB和力學(xué)矯形鞋雖然鮮有不良反應(yīng)的報(bào)道，但相較于LWI后兩者價(jià)格相對(duì)昂貴[6]，故而如何切實(shí)有效的降低此類(lèi)療法的價(jià)格成為研究人員所面臨的一道難題。

3 發(fā)展方向

當(dāng)前的主要目標(biāo)是使康復(fù)醫(yī)師及治療師進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到力學(xué)因素在KOA發(fā)生及發(fā)展中所承擔(dān)的重要性以及如何通過(guò)選擇正確的矯形輔具幫助此類(lèi)患者更好的進(jìn)行治療，還需要通過(guò)醫(yī)工結(jié)合的模式對(duì)于力學(xué)矯正輔具治療KOA做進(jìn)一步的改進(jìn)研究，以期改善當(dāng)前存在的某些顯著不足，如：輔具的材料選擇，下肢其他關(guān)節(jié)的異常受力增加及輔具本身價(jià)格過(guò)高等一系列問(wèn)題。先前已有大量報(bào)道傳統(tǒng)治療方法可有效地改善KOA患者的臨床癥狀并提高其運(yùn)動(dòng)功能[27-30]，但是，患者在步行過(guò)程中的關(guān)節(jié)受力大小與其步行過(guò)程中的步速，步長(zhǎng)，步頻等時(shí)間空間參數(shù)呈正相關(guān)，因此，單一的緩解疼痛而不進(jìn)行力學(xué)矯正可能會(huì)導(dǎo)致該病的進(jìn)一步發(fā)展，而如何將傳統(tǒng)的治療模式與矯形輔具治療有機(jī)的結(jié)合或?qū)⒊蔀橹委烱OA的關(guān)鍵所在。

4 總結(jié)

相較于傳統(tǒng)的KOA治療方法輔具治療有著良好的療效，且該種療已經(jīng)被各類(lèi)指南推薦為有效治療方案[25-26]。然而該類(lèi)療法在國(guó)內(nèi)的推廣和普及仍存在一定的局限性，進(jìn)而造成其臨床應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)各種的問(wèn)題。但從生物力學(xué)角度來(lái)研究KOA的發(fā)病機(jī)制以及通過(guò)矯正患者受累關(guān)節(jié)的異常受力模式來(lái)治療該疾病值得進(jìn)一步研究及推廣。

[1] Andriacchi TP. The role of biomechanics in osteoarthritis [J]. Osteoarthritis and Cartilage, 2013, 21(Supplement), S1-S2.

[2] Miyazaki T, Wada M, Kawahara H, et al. Dynamic load at baseline can predict radiographic disease progression in medial compartment knee osteoarthritis [J]. Ann Rheum Dis,2002,61(7):617-622.

[3] 張旻,陳博,江瀾,等. 兩種不同矯形器對(duì)早期內(nèi)側(cè)間室膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎步態(tài)的影響[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2014,29(1):26-30.

[4] Min Zhang, Peiyu Qu, Meilan Feng, et al. Effectiveness of Different Orthoses on Joint Moments in Patients with Early Knee Osteoarthritis: Lateral Wedge Versus Valgus Knee Bracing [J]. Journal of Shanghai Jiaotong University(Science), 2012,17(4):505-510.

[5] Bennell KL, Egerton T, Wrigley TV, et al. Comparison of neuromuscular and quadriceps strengthening exercise in the treatment of varus malaligned knees with medial knee osteoarthritis: a randomised controlled trial protocol [J]. BMC Musculoskelet Disord, 2011, 12 (1) :276.

[6] Bennell KL, Kean CO, Wrigley TV, et al. Effects of a modified shoe on knee load in people with and those without knee osteoarthritis [J]. Arthritis Rheum, 2013, 65 (3): 701-709.

[7] Elbaz A, Mor A, Segal G, et al. Patients with knee osteoarthritis demonstrate improved gait pattern and reduced pain following a non-invasive biomechanical therapy: a prospective multi-centre study on Singaporean population [J]. J Orthop Surg Res, 2014, 9 (1) :1.

[8] Jones RK, Chapman GJ, Parkes MJ, et al. The effect of different types of insoles or shoe modifications on medial loading of the knee in persons with medial knee osteoarthritis: A randomised trial[J]. J Orthop Res, 2015, 33(11): 1646-1654.

[9] Kerrigan DC, Lelas JL, Goggins J, et al. Effectiveness of a lateral-wedge insole on knee varus torque in patients with knee osteoarthritis [J]. Arch Phys Med Rehabil, 2002, 83 (7) :889-893.

[10]Toda Y, Tsukimura N. A comparative study on the effect of the insole materials with subtalar strapping in patients with medial compartment osteoarthritis of the knee [J]. Mod Rheumatol, 2004,14(6):459-465.

[11]Jones RK, Zhang M, Laxton P, et al. The biomechanical effects of a new design of lateral wedge insole on the knee and ankle during walking [J]. Hum Mov Sci, 2013,32(4):596-604.

[12]Toda YN, Tsukimura N. A 2-year follow-up of a study to compare the efficacy of lateral wedged insoles with subtalar strapping and in-shoe lateral wedged insoles in patients with varus deformity osteoarthritis of the knee [J]. Osteoarthritis Cartilage, 2006, 14(3): 231-237.

[13]Sasaki T, Yasuda K. Clinical evaluation of the treatment of osteoarthritic knees using a newly designed wedged insole [J]. Clin Orthop Relat Res, 1987, 221 (221):181-187.

[14]Birmingham TB, Kramer JF, Kirkley A, et al. Knee bracing for medial compartment osteoarthritis: effects on proprioception and postural control [J]. Rheumatology (Oxford), 2001, 40(3):285-289.

[15]Pollo FE, Otis JC, Backus SI, et al. Reduction of medial compartment loads with valgus bracing of the osteoarthritic knee [J]. Am J Sports Med,2002, 30(3):414-421.

[16]Van Tiggelen D, Witvrouw E, Roget P, et al. Effect of bracing on the prevention of anterior knee pain--a prospective randomized study [J]. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2004, 12(5):434-439.

[17]Draper ER, Cable JM, Sanchez-Ballester J, et al. Improvement in function after valgus bracing of the knee. An analysis of gait symmetry [J]. J Bone Joint Surg Br, 2000, 82(7): 1001-1005.

[18]Jones R, Nester C, Kim W, et al. Direct and indirect orthotic management of medial compartment osteoarthritis of the knee [J]. Gait Posture. 2006, 24(null), S141-S142.

[19]Lamberg EM, Streb R, Werner M, et al. The 2- and 8-week effects of decompressive brace use in people with medial compartment knee osteoarthritis [J]. Prosthet Orthot Int, 2016, 40(4): 447-453.

[20]Arazpour M, Hutchins SW, Bani MA, et al. The influence of a bespoke unloader knee brace on gait in medial compartment osteoarthritis: a pilot study [J]. Prosthet Orthot Int, 2014, 38(5): 379-386.

[21]Van Ginckel A, Bennell KL, Campbell PK, et al. Associations between changes in knee pain location and clinical symptoms in people with medial knee osteoarthritis using footwear for self-management: an exploratory study [J]. Osteoarthritis Cartilage, 2017, 25(8):1257-1264.

[22]Veeramachaneni RP, Bartels MN, Frison KT, et al. Poster 144 The Effect of Footwear Generated Biomechanical Manipulation on Gait Parameters and Symptoms in a Knee Osteoarthritis Population [J]. Pm & R , 2016, 8 (9) :S208-S208.

[23]Van den Noort JC, van der Esch M, Steultjens MP, et al. The knee adduction moment measured with an instrumented force shoe in patients with knee osteoarthritis [J]. J Biomech, 2012, 45(2): 281-288.

[24]Shakoor N, Sengupta M, Foucher KC, et al. Effects of common footwear on joint loading in osteoarthritis of the knee [J]. Arthritis Care Res (Hoboken), 2012, 62(7):917-923.

[25]Fernandes L, Hagen KB, Bijlsma JW, et al. European League Against. EULAR recommendations for the non-pharmacological core management of hip and knee osteoarthritis [J]. Ann Rheum Dis, 2013, 72(7): 1125-1135.

[26]Zhang W, Moskowitz RW, Nuki G, et al. (2007). OARSI recommendations for the management of hip and knee osteoarthritis, part I: critical appraisal of existing treatment guidelines and systematic review of current research evidence [J]. Osteoarthritis Cartilage, 2007, 15(9): 981-1000.

[27]丁權(quán)威,呂帥潔,沈興潮,等. 富血小板血漿聯(lián)合透明質(zhì)酸鈉關(guān)節(jié)內(nèi)注射治療膝骨關(guān)節(jié)炎的前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究[J]. 上海醫(yī)藥, 2017, 38(5):25-28,40.

[28]林勛,陳博,王建平,等. 紅桂酊涂擦結(jié)合推拿手法改善膝骨關(guān)節(jié)炎疼痛的隨機(jī)對(duì)照臨床研究[J]. 上海中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2016, 30(06):38-41,51.

[29]周景輝,吳耀持,謝艷艷,等. 針灸治療膝骨關(guān)節(jié)炎的應(yīng)用效果及機(jī)制[J]. 中國(guó)組織工程研究, 2013, 17 (28) :5255-5260.

[30]龔朝暉,談宜,朱杰,等. 透明質(zhì)酸鈉治療膝骨關(guān)節(jié)炎長(zhǎng)期療效觀察[J]. 臨床醫(yī)學(xué)工程,2011, 18(2) :201-204.

[31]Kuroyanagi Y, Nagura T, Matsumoto H, et al. The lateral wedged insole with subtalar strapping significantly reduces dynamic knee load in the medial compartment gait analysis on patients with medial knee osteoarthritis [J]. Osteoarthritis Cartilage, 2007, 15(8): 932-936.

[32]Tezcan ME, Goker B, Lidtke R, et al. Long-term effects of lateral wedge orthotics on hip and ankle joint space widths [J]. Gait & Posture, 2017, 51(1):36-40.